公路桥梁大直径桩基础的设计.doc

1、公路桥梁大直径桩基础的设计中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号： 摘要：众所周知，公路中的大中型桥梁一般都广泛地采用大直径桩。高等级公路的中小桥梁普遍采用桩柱式墩台、桩基础。较为常规的做法是在桩顶设置承台与柱相连或是在桩柱顶设帽梁，这两种方案均不失为较好的墩、台型式。但随着近年来我国公路与城市道路的迅速发展，互通式立交、枢纽内的桥梁越来越多，且与被交道路多为斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，将影响到桥梁的长度以及主线的填土高度。 随着公路建设规模的高速发展，公路桥梁网络系统急速扩大桥梁设计的日益轻柔化以及结构形式与功能的趋复杂化使桥梁安全问题变得越来越突出影响桥梁安全的

2、因素很多，如车辆荷载的外界环境的侵蚀、材料的自然老化以及台风、地震等自然灾害、船撞等人为事故等，这些因素都能对桥梁造成损伤，其安全状况值得关注近年来关于桥梁破坏事故的报道屡见不鲜2007 年我国九江大桥发生了运沙船撞击的恶性事故，导致约 200 m 桥面坍塌，致使多人失踪2009 年莫拉克台风袭击台湾，使 20 座各类公路桥和铁路桥断裂，灾情甚至超过了 1999 年的“921”大地震对台湾的影响。 2011 年重量 80 余吨重型货车严重超载行驶导致福建武夷山市的武夷山公馆大桥北端发生垮塌事故，造成 1 人死亡，22 人受伤四川省汶川县发生的 8 级大地震，在造成造成大量人员伤亡的同时，倒塌的

3、桥梁还使震中区交通瘫痪，一度阻碍了救援工作的进行大量的经验说明桥梁结构是公路交通网中最重要的环节，一旦桥梁损伤导致坍塌，造成的生命财产损失将十分巨大，国外的一些大桥垮塌事件也都如此，比如，2001 年葡萄牙杜罗河大桥垮塌事故以及 2007 年美国明尼苏达州阿波勒斯大桥垮塌事故等，都造成了惨重的经济损失和人员伤亡因此必须对这些耗资巨大并与国计民生密切相关的桥梁进行可靠度评估来了解其安全状况，以便采取合理的措施来保证其运营的安全目前，我国桥梁结构设计规范已逐步采用以概率理论为基础的极限设计方法，在桥梁结构状态评估中也采用了以可靠度理论为基础的评定标准，但总的来说，桥梁可靠度理论的研究与工程实际的迫

4、切要求不相适应对桥梁的安全状况进行准确评估，需要建立套适合工程实际应用，可以为桥梁管理部门的科学决策提供理论依据的桥梁可靠度方法成为当务之急。 大直径桩承载力确定方法 静载荷试验法 大赢径桩的 QS 曲线关系一般呈缓变型。大直径钻孔灌注桩的极限承载力取值应由变形控制来确定，可取 0 05D(D 为桩端直径)所对应的荷载。对于沉降不敏感的结构物桩基础，一般可取 s=0 01 D 对应的荷载为承载力允许值或设计值。对于沉降敏感的结构物单桩基础，宜按等变形的准则确定不同直径桩的承载力设计值。许多国家的地基基础设计规范和工程实践都将该方法置于优先的位置并作为与其他方法的比较依据。该方法的缺点是成本高、

5、工程量大、时间长等。 由于设备加载能力的限制，采用现场静载试验方法直接确定大直径桩的竖向承载力是很困难的。恰当的理论分析方法能考虑影响桩性能的许多因素，特别是非线性、非均质性等。如果能可靠地确定模型参数，理论分析方法可以成为确定单桩性能的适用手段。较之室内试验，根据现场静载试验资料确定参数更为合理。在这种情况下，试验可采用直径较小的桩，必要时还可分段进行。试验完成后，对试桩进行理论分析，通过逐步调整参数拟合由现场静载试验测得的荷载沉降曲线及各级荷载下桩轴向力沿深度的分布，获得所需的模型参数。然后，考虑试验代表性及尺寸效应修正所确定的参数，并用于大直径桩的理论分析，计算其荷载沉降曲线，按一定的破

6、坏标准确定大直径桩的竖向极限承载力，以及与之相应的各土层的侧阻和端阻。为了充分反映体系的非线性性质，比较准确地确定非线性模型参数，试验所加的荷载必须使荷载沉降曲线进入弯曲阶段，最好能达到破坏。 桩长计算遇到的问题 对于大直径桩(D3 m)。欲通过现场载荷试验得到桩的荷载一沉降曲线往往是不现实的。目前国内已采用的大直径空心桩有直径达 8 m者而对这类桩进行载荷试验几乎是不可能的。因此以荷载传递函数为基础，考虑桩一土岩的共同作用，从理论上导出桩身荷载与沉降关系的解析解，进而得到桩顶的 Ps 曲线，并用于确定桩的承载力不失为一种较为理想而又实用的方法。计算与分析表明：本文所提出的荷载一沉降理论公式及

7、数值模拟计算方法是可靠的计算结果与实测结果吻合得较好，并能考虑桩一土岩的共同作用，从而为桩的承载力和沉降双准则控制设计提供了有力的理论计算依据。用理论方法计算桩的 Ps 曲线是可行的其关键是要确定桩的荷载传递函数参数 n 和 6，国内外有关文献对此做过一些介绍。为了研究桩的 PS 曲线的计算方法，选取合适的荷载传递函数形式及传递参数 a 和 b 是很重要的。 在各国现行桥梁结构设计和施工规范中，涉及耐久性及设计使用寿命的内容很少；在中国的桥梁建设实践中，桥梁及构件设计使用寿命的制定往往为业主单位的单方面要求，缺乏相应的设计理论支持对于桥梁结构，不同组成构件在使用过程中有不同的退化模式，在维护管

8、理及更换方面有明显的差异，因此对不同桥梁构件分别制定合理的设计使用寿命应当是桥梁耐久性设计的第一步，对降低桥梁寿命周期成本有着重大意义本文采用了如下方法：首先明确桥梁及桥梁构件设计使用寿命的概念，调查国内外桥梁结构构件实际使用寿命和结构设计寿命建议值，进行桥梁构件划分和耐久性分类，研究影响桥梁结构构件寿命的因素，最终得到能够确定考虑各种因素影响的，寿命周期成本最优的桥梁构件设计使用寿命的两种方法 公路桥梁基础设计缺陷的解决措施 1.喷锚加固法 锚喷指借锚入拟补强部位结构内的锚杆挂设钢筋网后施加入适量速凝剂的补强层混凝土形成与原结构共同承受外载作用的组合结构。施工顺序可分为：受喷面清理和凿毛；钻

9、孔和插入锚杆；挂设钢筋网；喷射混凝土施工等。 2.水泥灌浆补强桥梁下部结构 桥梁建于软土地基上受洪水冲刷而发生沉陷导致墩身位移，发生此种情况时可采用水泥灌浆法加固基础。加固时先在桥墩周围抛石填塞冲空部分为了进行灌浆先布置钻孔以探明基底的地质情况然后对墩身平面范围内的钻孔进行灌浆最后再灌浆加固横墙以填满墙内干砌片石的缝隙，加强其整体性。 桥梁及其构件的设计使用寿命 在英国的建筑物耐久性标准11 中，按照工程参与各方的不同关注，提出了使用寿命应分为要求使用寿命、预期使用寿命和设计使用寿命三类虽然欧洲国家的不少技术文献肾 41 都采用这一界定，但长久以来，国内工程界一直习惯地将设计使用寿命等同于要求

10、使用寿命即业主或使用者对桥梁及结构使用寿命的目标要求桥梁结构是由多个构件组成的结构系统，各构件因功能和材料的不同在使用寿命及维护管理要求上有很大的差异，因此单用一个桥梁整体设计使用寿命约束所有构件是不合理的设计者需要对桥梁各构件的设计使用寿命进行优化以平衡初始建造成本和使用期的维修及社会成本，从而达到寿命周期经济性最优的目的据此，桥梁及桥梁构件的设计使用寿命可以定义为，设计人员用以作为桥梁及桥梁构件耐久性设计的依据并具有足够安全裕度或保证率的目标使用年限。 结束语 由于桥梁结构在服役期间要承受不同的随机荷载，加之结构本身存在的不确定因素，使得桥梁结构进行可靠度分析遇到诸多困难具有良好的真实感。

11、由于设计手段的完善，施工技术的发展具有显著优点的无承台大直径桩基础正在悄然兴起。上述计算方法应用在互通式立交桥中取得了良好的效果。 参考文献 1凌治平基础工程M】 北京：人民交通出版社，1986 2匡文起结构矩阵分析和程序设计【M】 北京：高等教育出版社1991 3JW 02485，公路桥涵地基与基础设计规范S】 4胡人礼桥梁桩基础分析和设计M北京：中国铁道出版社1987 5JTJ 02485，公路桥涵地基与基础设计规范S。 6胡人礼桥梁桩基础分析和设计M】 北京：中国铁道出版社，1987 7吴海军桥粱结构耐久性设计方法研究D3上海：同济大学桥梁工程系，2006 8桩基工程手册编写委员会$ 桩基工程手册M, 北京：中国建筑工业出版社，1997